老鼠大脑的细胞阿特拉斯:一步大脑模拟?

我飞扑下来的老鼠的大脑,一个明亮的红色,buzz兴奋性神经元让位给一个蓝色的抑制性信号的核心深处,上升到一个强大的青色导航向密集的额叶皮质。切换到更深层的观点,我到达脑干和检查少突胶质细胞的错综复杂的网络,星形胶质细胞和小胶质细胞。这可能是是什么感觉是联觉的脑外科医生,都是被我的电脑屏幕上。

这是蓝色的脑细胞阿特拉斯,它看起来真的酷。

阿特拉斯,一个3 d娱乐老鼠大脑的每一个细胞,是瑞士后续的工作蓝脑计划,一个巨大的努力与数字化改造的目标和模拟鼠标大脑,最终,人类的大脑。这个项目是由教授亨利·马克拉姆也成立了欧洲人类大脑计划。

我一直机会说话的两个研究人员在阿特拉斯,Csaba Ero和丹·凯勒在开放获取期刊、阿特拉斯Neuroinformatics前沿2018年11月。我深入探究五彩缤纷的阿特拉斯的一小块先前的研究,而且,至少在视觉层面,给我留下了深刻的印象。阿特拉斯是一个飘渺的老鼠大脑的三维表示,,加载后,我发现漂浮在一个黑色的空白。通过选择不同的大脑区域在阿特拉斯的控制,我可以把不同颜色表示不同的大脑区域,用神经元由小点在每个结构。

大脑研究中缺失的一个环节

这里包含很多数据,但蓝脑团队在开始有帮助,使用大量的档案艾伦脑科学研究所。Ero,他最近开始从事博士后在欧洲职业足球联盟蓝脑计划”的完成后的5年博士项目,解释说,“我们发现艾伦研究所这些成堆的显微图像,他们已经从整个老鼠的大脑,因此,虽然数据记录不明确,它是隐含在已经公布的数据。然后我们简单地开发方法提取细胞的密度和分布信息对整个老鼠大脑体积从这些现有的数据集。然后我们还结合这些相对密度与现有的报告编号为细胞的数量在整个大脑。”

Ero和凯勒希望阿特拉斯能够成为精确的细胞密度和位置数据的存储库,从大脑的研究到目前为止已经失踪。而艾伦研究所基因表达信息的详细地图为人类和老鼠的大脑,密度和细胞数量一直很少访问的信息;蓝脑团队只能刮约4%的老鼠大脑的细胞从其他数据源的数据之前,自己的努力。现在,阿特拉斯可以填补细胞数量差距对于其他大脑区域的96%。

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老鼠大脑内的一天

阿特拉斯的好处人员日常?有两个主要用途,Ero说:“第一个是看整体的统计分布在大脑中不同的细胞类型。举个例子,如果有人感兴趣的少突胶质细胞或星形胶质细胞甚至抑制性神经元的形式分布于整个大脑——地区有更多的地区较低,那么他们可以进入阿特拉斯,他们可以选择他们想要的任何地区,阿特拉斯将显示这些细胞在这一地区的总数量和密度。”

第二个使用阿特拉斯打开一扇门向模拟的目标。“任何人都可以下载的具体位置和类型的细胞在大脑中,1000万个细胞,他们也可以过滤通过单一的地区。所以,因此他们可以使用这些职位在网上建立自己的模型,他们可以连接和模拟。这甚至可以整个大脑,或仅仅只是一个亚区,他们可以下载,然后他们会有一个解剖学的准确表示细胞是如何在这一地区,这样他们就可以建立自己的模型之上。”

第二个能力是什么让蓝色的脑细胞阿特拉斯独特,凯勒说,分子模拟系统在项目组长的神经科学部门。阿特拉斯的版本发表在11月是第一个团队希望将不断改善,迭代过程。研究人员可以反馈在他们自己的估计的细胞位置和密度在不同地区到阿特拉斯。“远不是一个静态的阿特拉斯,我想我们就能把它随着时间演变来表示这些额外的细节,”凯勒说。

模拟大脑:一项正在进行中的工作

这似乎是一个关键点;阿特拉斯不是“完成”的产品以同样的方式,一个路线图的纽约市中心是最终(除非有特别古怪的城市改造的尝试)。大脑的自然从根本上塑料——没有我们从未能够学习和适应我们的环境——意味着地图集地图不能相比,Ero说。想象一个城市地图,但只有粗略的总体布局和地标和十字路口详细的数量,和你有一个近似Atlas目前能给的信息。

Ero和凯勒清楚他们如何想象Atlas有利于其他研究人员,但我渴望听到它将如何让团队更接近他们的终极目标模拟鼠标和人类大脑。Ero给测量响应:“阿特拉斯只是我们的知识的大脑的细胞成分在当前时间,这是一个资源,也可以独立发展和提高及时报告整个大脑的密度,因此为其他项目提供这类信息。”

“我们所做的一切在这个项目其实是基于细胞图谱。举个例子,我们现在将连接信息添加到地区和细胞类型中定义的阿特拉斯。之间有一个非常紧密的对应关系图谱和模拟,”凯勒补充道。

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但他们也承认,Atlas代表一个步骤只对一个完整的小鼠大脑模拟。艾伦研究所的数据远不及作为人类的大脑发达,这是更为复杂,研究较少。相同的工作流他们利用图谱可以用于开始人类的等效,但目前团队的注意力似乎落在老鼠的大脑。马克拉姆的最初神经系统科学自然评论纸包括哺乳动物大脑的预测可能是模拟在十年内实现。

13年过去了,模拟仍然是一个崇高的目标。一些批评者甚至质疑模拟是正确的路径下。马克拉姆教授在一封电子邮件中回应这一点:“我们花了十年的初稿微型电路技术的数字重建的幼年大鼠躯体感觉皮质。然而,从那以后,知识+数据,开发工具,软件和计算机组装,使我们得以重建其它地区更快的速度。这包括一个数字拷贝整个躯体感觉皮质的大约四百万个神经元,海马的一部分和丘脑的微电路。到2019年底,这将包括整个丘脑和大脑皮层。这将给我们的平台来构建一个完整的数字拷贝老鼠的大脑。与此同时,我们将继续共享数据、模型、工具、软件、论文和大规模网络公开课在蓝色大脑门户。”

阿特拉斯,是一个不可否认的第一步,这一使命的路标。

凯勒返回到地图类比的方式似乎象征着整个项目团队的方法,“如果你看的历史地理地图,你会发现古老的希腊人和罗马人有一个很好的想法的很近,然后更远更非晶态。随着时间发展的广度被扩大,与每一个地图构建它的前身。”

“每次迭代是一个垫脚石更多改善了解的东西在哪里,”他继续说。“站在巨人的肩膀上,例如基因组数据的巨大努力提出的艾伦研究所和人们的努力发现标记为不同的细胞类型使用。所以有很多之前的努力,我们正在建设。“神经科学社区屏住呼吸等待着这些努力的最终产品。